Способ изготовления заготовок с требуемыми размерами из порошкообразного политетрафторэтилена
Владельцы патента RU 2278785:
Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской Академии наук (БИП СО РАН) (RU)
Способ относится к области переработки пластмасс и касается изготовления изделий из порошкообразного политетрафторэтилена и может быть использован при изготовлении подвижных возвратно-поступательных уплотнительных элементов пар трения в различных областях техники. Способ включает прессование порошкообразного политетрафторэтилена, спекание и охлаждение. Затем заготовки нагревают при температуре 643±5К до расплава в ограничивающих оправках без давления. Необходимые линейные размеры достигают многократной термообработкой в соответствующих оправках. Техническим результатом является упрощение технологического процесса и расширение ассортимента продукции. 4 ил.
Изобретение относится к области переработки пластмасс, а именно к производству заготовок с требуемыми размерами по высоте, наружному или внутреннему диаметрам из порошкообразного политетрафторэтилена (ПТФЭ).
Этот способ особенно необходим при изготовлении изделий из ПТФЭ, у которых зона рабочего контакта легирована термостойкими полимерами (патент РФ №2170667, 2001), а также позволяет значительно расширить ассортимент выпускаемой продукции из фторопласта-4 или композиций на его основе.
Обычно заготовки из ПТФЭ получают компрессионным (прямым) прессованием при давлении 25-42 МПа для чистого полимера и 35-100 МПа для композиций. Спекание проводится при 643-658К. При спекании протекают два основных процесса. Вначале при 600-615К происходит плавление кристаллитов при этом полимер расширяется на 25%, затем при более высокой температуре частицы полимера сплавляются и получается монолитный блок. Усадка полученной детали зависит от многих факторов (давления прессования, скорости прессования и нагрева, времени выдержки при спекании и охлаждении и т.п.) и определяется в основном опытным путем, и находится в пределах от 3-8%; к тому же детали подвержены короблению.
Известен способ изготовления деталей из ПТФЭ, включающий прессование заготовки из порошка ПТФЭ, нагрев заготовки до 573-593К, штампование заготовки в пресс-форме при 293-333К и давлении 150-200 МПа (а.с. СССР №761518, 1978).
Процесс получения изделий известным способом производится при большом давлении формования и высокой температуре нагрева заготовки. Подобные условия вызывают возникновение внутренних напряжений в материале, что в конечном счете приводит к появлению микротрещин.
Известен способ изготовления деталей из порошкообразного ПТФЭ или наполненных композиций на его основе, включающий прессование заготовок, спекание, формирование в пресс-форме из полученных заготовок при нагревании 593-653К при давлении 10-35 МПа с последующим охлаждением (Справочник по пластическим массам. Под ред. Катаева и др., т.1, Москва, Химия, 1975, с.131-135).
Наиболее близким аналогом является способ изготовления деталей с требуемыми размерами из порошкообразного политетрафторэтилена, включающий его прессование в пресс-форме при нагревании под давлением, спекание, охлаждение и формирование в пресс-форме из полученной заготовки детали при нагревании 190-210°С под давлением 10-12 МПа в течение 60-80 мин с последующим охлаждением (SU 1134372, кл. В 29 С 43/56, оп.1985).
Однако детали, полученные известными способами, имеют следующие недостатки: процесс формирования идет под давлением, что вызывает возникновение внутренних напряжений, процесс трудоемок - на каждую деталь требуется дополнительная пресс-форма, детали при нагревании теряют форму.
Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса, расширение ассортимента выпускаемой продукции за счет изменения размеров заготовок и уменьшения пористости деталей.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления заготовок с требуемыми размерами из порошкообразного политетрафторэтилена, включающем прессование, спекание, охлаждение, согласно изобретению, изменение размеров заготовок достигают путем нагрева их при температуре 643±5К до расплава в ограничивающих оправках без давления, а необходимые линейные размеры достигают многократной термообработкой в соответствующих оправках.
Ниже приведены примеры осуществления заявляемого способа.
Во всех примерах термообработка заготовок проводится при температуре 643±5 К до полного расплава полимеров, охлаждение проводят вместе с ограничивающей оправкой.
Пример 1. Имеется пресс-форма, позволяющая получать цилиндрическую заготовку с размерами Дн - наружный диаметр, Дв - внутренний диаметр, и Н - высота по стандартной технологии. Для требуемой детали, получаемой механической обработкой, размеры заготовки больше как по наружному, так и по внутреннему диаметру. С целью изготовления заготовки для требуемого изделия с припусками для механической обработки, первичную заготовку спекают, охлаждают и помещают в ограничивающий стакан с диаметром Дн (фиг.1). Проводят формирование размеров при температуре 643±5К до полного расплава полимера.
После термообработки первичная заготовка дает усадку по наружному диаметру 7-8%, по внутреннему - 8-12% в зависимости от отношения Дн/Дв. Причем высота заготовки увеличивается на 4-5%. Если этой усадки недостаточно для попадания в размер, процесс формирования повторяют, изменяя диаметр ограничивающего стакана.
После получения необходимых размеров проводят термообработку для снятия внутренних напряжений при 648±5К, при этом размеры увеличиваются на 1-1,5%. Токарная обработка детали в размер является последней операцией.
Пример 2. Имеется пресс-форма, позволяющая получать цилиндрическую заготовку, без внутреннего отверстия с размерами Дн, и Н по стандартной технологии. Для изменения наружного размера по диаметру термообработку проводят в ограничивающей по высоте оправке (фиг.2). За счет расширения при расплаве полимера формируется новый размер заготовки. По наружному диаметру заготовка увеличивается на 8-12%, по высоте уменьшается на 4-6%. Таким образом, повторяя процесс термообработки, достигаем нужного размера заготовки по наружному диаметру. Для снятия внутренних напряжений проводим термообработку при 648±5 К, при этом размеры увеличиваются на 1-1,5%. Токарная обработка детали в размер является последней операцией.
Пример 3. Необходимо получить цилиндрические детали ПТФЭ, рабочая поверхность которых легирована термостойким полимером, причем механическая обработка этой поверхности нежелательна или недопустима (патент РФ №2170667, 2001). Для этого изготавливается пресс-форма со стандартными припусками на усадку. Проводим прессование: 30%-ный раствор полиамидоимидной смолы (ПАИС) в диметилформамиде (ДМФА) наносят кистью на наружную рабочую поверхность пресс-формы, формирующей поверхность трения детали. Затем пресс-форму заполняют тонко измельченным ПТФЭ, получают заготовку при удельном давлении 40±3 МПа при комнатной температуре. После выпрессовки проводят поверхностную прививку ПАИС к ПТФЭ спеканием при 643±5К на воздухе. Время спекания выбирают из расчета 30 минут на 1 см толщины заготовки. Для получения точного размера по наружному диаметру заготовку формируют в оправке с расчетным зазором при температуре 643±5К до полного расплава ПТФЭ (фиг.3). Охлаждают заготовку в оправке, извлекают заготовку с заданным наружным размером. После формирования проводят токарную обработку детали в размер, при этом наружный диаметр не обрабатывается.
Пример 4. Имеется пресс-форма, позволяющая получать цилиндрическую заготовку без внутреннего отверстия с размерами Дн, и Н по стандартной технологии. Для получения точного размера по высоте термообработку проводят в ограничивающей оправке, с зазором, полученным экспериментальным или расчетным путем (фиг.4). За счет расширения при расплаве ПТФЭ формируется точный размер заготовки по высоте.
Заявляемое изобретение может быть использовано в производстве по переработке политетрафторэтилена, что значительно сократит расходы на изготовление пресс-форм.
Способ изготовления заготовок с требуемыми размерами из порошкообразного политетрафторэтилена, включающий прессование, спекание, охлаждение, отличающийся тем, что изменение размеров заготовок достигают путем нагрева их при температуре (643±5)К до расплава в ограничивающих оправках без давления, а необходимые линейные размеры достигаются многократной термообработкой в соответствующих оправках.
